复杂时变的城市轨道车辆制动系统失效是导致列车发生重大事故的根本原因。其内部要素、结构关系、外部属性及变化规律具有特殊性和不确定性，对其进行失效建模分析是国际上研究的难点问题。现有的失效建模方法存在着模型匹配困难、难以验证、不能有效应对故障发生的随机性和演变的不确定性等缺点。本文在确定城市轨道交通车辆制动系统的失效度、危害度、安全等级的基础上，对共因失效、无失效数据、各子系统内部及相互之间的失效关联性和失效恢复进行研究，揭示失效分布途径以及制动系统的单元部件及子系统失效特性。提出GO-Small Sample理论（简称GO-SS法），在极小样本的试验和现场数据中挖掘失效特征量，建立混合推理的系统级城市轨道车辆制动系统可靠性模型，寻求其快速解析算法，析取安全置信度及演变趋势。本文围绕制动系统可靠性建模及仿真开展以下研究：1、从单元级部件失效入手，开展了小样本数据下制动关键部件可靠性评估方法研究。研究了无故障数据情况下，失效指数分布故障率的多层Bayes估计；并结合小样本下维修时间服从对数正态分布，对平均维修时间进行了参数估计。2、结合小子样理论和可靠性分析GO法，提出GO-SS法，进行了系统级可靠性建模。将制动气路系统分为八个子系统，分析了闭环可修系统和两种故障模式部件的等效可靠性参数，建立制动系统级可靠性模型。完成了可修系统可靠性定量定性分析，得到了稳态情况下可修系统可靠性特征量和最小割集。同时考虑共因失效对系统不可用度的影响，得到制动系统故障概率走势图。3、运用改进的蒙特卡罗（Monte Carlo）序贯仿真方法实现了城市轨道车辆制动系统可靠性仿真。分析系统故障模式及故障持续时间，仿真模拟了制动部件发生故障的实际过程，构建了制动系统可靠性指标，并给出了仿真的一般求解方法。运行结果验证了系统停工概率解析算法的正确性。通过对城市轨道车辆制动系统可靠性建模及仿真研究的探索与实践，为我国轨道列车的安全运营提供理论支撑，为动车组列车制动系统设计及可信维修管理体系的建立提供科学依据，为复杂时变系统可靠性分析提供可借鉴的方法。